Устройство для передачи потенциала с гальванической развязкой Советский патент 1987 года по МПК H03H7/38 H03K5/00 

Изобретение относится к автоматике и импульсной технике.

Целью изобретения является повышение быстродействия путем уменьшения времени задержки выходного сигнала по отношению к входному.

На фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства; на фиг.2 и 3 - временные диаграммы работы устройства.

Устройство для передачи потенциала с гальванической развязкой содержит четырехфазный генератор 1 импульсов, четыре элемента И 2, шину 3

fO

ратор 1 импульсов выдает четыре непрерывные сдвинутые друг относител но- друга периодические последовательности импульсов, следующих со скважностью Q 2, на выходах 16-1 (Ф 1Г.2).

Временный сдвиг между импульсами соседних фаз (последовательностей) 16 и 18, 18 и 17, 17 и 19, 19 и 16 составляет одну четверть пери ода следования импульсов в последовательности .

Напряжения на выходах 16 и 17, 18 и 19 изменяются строго противовходного сигнала, первый 4, второй 5, фазно, т.е. временной сдвиг фаз 16

третий 6 и четвертый 7 входные транзисторные ключи, источник 8 питания, первый 9 и второй 10 импульсные тран-- сформаторы, первый 11 и второй 12 вы14

20

25

30

прямители, первую 13 и вторую 14 выходные шины, связь 15 между выходами выпрямителей II и 12, при этом фаз- ные выходы 16, 17, 18 и 19 генератора 1 соединены с первыми входами соответственно первого, второго, треть-, его и четвертого элементов И 2, вторые входы которых соединены с шиной 3 входного сигнала. Выходы элементов И 2 соединены с базой соответственно первого 4, второго 5, третьего 6 и четвертого 7 входных транзисторных ключей, эмиттеры которых соединены с второй шиной источника 8 питания.

Коллекторы первого и второго входных транзисторных ключей соединены соответственно с началом и концом первичной обмотки первого импульсного трансформатора 9, а коллекторы третьего и четвертого ключей - соответственно с началом и концом первич- 40 лей ной обмотки второго импульсного трансформатора 10. Средние точки пер вичных обмоток трансформаторов 9 и 10 соединены с первой шиной истЬч- ника 8 питания.

Вторичные обмотки первого и второго импульсных трансформаторов соединены через выпрямители 11 и 12 с выходными шинами 13 и 14 устройства.

и 17, 18 и 19 составляет половину периода.

Пусть в момент t, на шину 3 устройства поступил входной сигнал Ug в виде высокого уровня (логическая единица). Этот сигнал разрешает про хождение импульсов 16-19 через соо ветствующие элементы И на базы соответствующих транзисторных ключей 4, 5, 6 и 7.

Импульсы 16 и 17 поочередно (про тивофазно) открывают и закрывают транзисторные ключи 4 и 5; аналоги но коммутируются импульсами 18 и 1 транзисторные ключи 6 и 7, в резул тате чего на вторичных обмотках тра сформаторов 9 и 10 вырабатываются последовательности разнополярных импульсов Uj и и соответственно

В.каждой/из этих последовательно ей любые два соседних импульса про тивоположной полярности разделены короткой паузой, обусловленной явля нием рассасьгоания неосновных носите в базах транзисторных ключей..

Если предположить, что связь 15 между выходами выпрямителей отсутствует, то выходные сигналы вьшря- мителей 11 и 12 будут изменяться в 45 соответствий с диаграммами Ug, и U (фиг.2). . .

35

50

Из этих диаграмм видно, что всле ствие сдвига на четверть периода им пульсов 16 и 18, 17 и 19 паузы в вы

На временных диаграммах (фиг.2 и 3) позиции 16, 17, 18 и 19 соответствуют фазным выходам 16, 17 18 и 19.

Устройство работает следующим образом.

Начиная с момента подачи напряжения питания Е четырехфазный гене

ратор 1 импульсов выдает четыре не прерывные сдвинутые друг относительно- друга периодические последовательности импульсов, следующих со скважностью Q 2, на выходах 16-19 (Ф 1Г.2).

Временный сдвиг между импульсами соседних фаз (последовательностей) 16 и 18, 18 и 17, 17 и 19, 19 и 16 составляет одну четверть периода следования импульсов в последовательности .

Напряжения на выходах 16 и 17, 18 и 19 изменяются строго противофазно, т.е. временной сдвиг фаз 16

лей

и 17, 18 и 19 составляет половину периода.

Пусть в момент t, на шину 3 устройства поступил входной сигнал Ug в виде высокого уровня (логическая j единица). Этот сигнал разрешает прохождение импульсов 16-19 через соответствующие элементы И на базы соответствующих транзисторных ключей 4, 5, 6 и 7.

Импульсы 16 и 17 поочередно (про- тивофазно) открывают и закрывают транзисторные ключи 4 и 5; аналогично коммутируются импульсами 18 и 19 транзисторные ключи 6 и 7, в результате чего на вторичных обмотках трансформаторов 9 и 10 вырабатываются последовательности разнополярных импульсов Uj и и соответственно.

В.каждой/из этих последовательнос- ей любые два соседних импульса про-, тивоположной полярности разделены короткой паузой, обусловленной явля- нием рассасьгоания неосновных носите- в базах транзисторных ключей..

Если предположить, что связь 15 между выходами выпрямителей отсутствует, то выходные сигналы вьшря- мителей 11 и 12 будут изменяться в соответствий с диаграммами Ug, и Ug (фиг.2). . .

50

Из этих диаграмм видно, что вследствие сдвига на четверть периода импульсов 16 и 18, 17 и 19 паузы в вы

ходных сигналах Ug, и U, никогда не совпадают по времени.

Так как выходы выпрямителей 11 и 12 по схеме устройства (фиг.1) соединены между собой (связь 15), то на выходе устройства имеет место результирующий сигнал, представленный на диаграмме фиг .2 как Uj.

Описанный двухканапьньм способ построения (транзисторные ключи 4 и 5, трансформатор 9, выпрямитель 11 - первый канал; транзисторные ключи 6 и 7, трансформатор 10, выпрямитель 12 - второй канал) и функционирования схемы устройства позволяет получить на выходе сигнал U (фиг.2)

BblS

без применения фильтра.

Устройство позволяет передавать сигналы практически произвольной длительности с минимальной задержкой и минимальными искажениями фронтов и вершин с эффективной гальванической развязкой между входом и выходом.

Описанные процессы соответствуют передаче импульсов (потенциалов), длительность которых превышает длительность импульсов 16 - 19.

Передача импульсов меньшей длительности происходит так же, как в известных транзисторных ключах с общим эмиттером и трансформатором в цепи коллектора. Отличие состоит в том, что передаваемый импульс проходит на выход по двум каналам параллельно, на шинах 13 и 14 происходит нелинейное сложение по амплитуде импульсов от двух каналов (т.е. амплитуда выходного импульса равна амплитуде большего из двух одновременно пришедших на входы вьтрямителей импульсов) .

В режиме, когда длительность входных импульсов меньше длительности импульсов накачки, устройство работает в соответствии с временными диаграммами, представленными на фиг.З. При этом возможны два характерных случая: первый - когда длительность входного, импульса одновременно и полностью перекрывается двумя импульсами накачки (например, 16 и 18 для импульса 1 на фиг.З); второй - когда длительность входного импУльса одновременно полностью перекрывается тремя импульсами накачки (например, 16, 18, 19 для импульса 4 на фиг.З).

В первом случае устройство работает следуюш51М образом.

В течение времени действия импульса (фиг.З, поз. 16) открыты первый и третий (сверху на фиг.1-) элементы И и ключи 4 и 6, через верхние первичные обмотки трансформаторов 9 и 10 протекает импульсный ток. На вторичных обмотках трансформаторов 9 и 10 индуцируются импульсные сигналы и, и и,(фиг.З), которые состоят из импульса положительной полярности (полезный сигнал) и

выброса напряжения отрицательной полярности, возникающего за счет самоиндукции трансформатора в момент выключения соответствующего транзисторного ключа. На выходах вьшрямителей 11 и 12 (двухполупериодных) формируются сигналы, соответствующие временным диаграммам Ug, и ид(фиг.З). а на выходе устройства - результирующий сигнал, соответствующий U

Во втором случае устройство работает следующим образом.

В течение времени действия импуль- са (фиг.З, поз. 19) открыты первый и третий элементы И (фиг.1) и соответствующие транзисторные ключи 4 и 6. При этом через верхние первичные обмотки трансформаторов 9 и 10 протекает импульс тока. В момент t, выключается третий элемент И и транзисторный ключ 6, прекращается ток через верхнюю обмотку трансформатора 10. Одновременно включается четвертый элемент И, открывается транзисторный ключ 7, ток течет через нижнюю

первичную обмотку трансформатора 10. На вторичных обмотках трансформаторов 9 и 10 на выходах вьтрямителей 11 и 12 и на выходе устройства формируются сигналы, аналогичные описанным.

При передаче устройством импульсов, длительность которых меньше длительности импульсов накачки, задержка переднего фронта выходного импульса по отношению к входному определяется теми же соотношениями, что и для импульсов большой длительности.

Формула изобретения

Устройство для передачи потенциала с гальванической развязкой, содержащее первый и второй входные транзисторные ключи, первый и второй импульсные трансформаторы, шину входного сигнала, первую и вторую выходные шины, отличающее с я тем, что, с целью повышения быстродействия путем уменьшения.времени задержки выходного сигнала по отношению к входному, в него введены третий и четвертый входные транзисторные ключи, четырехфазный генератор импульсфв, четыре элемента И, первый и второй выпрямители, первые и вторые выходы которых соединены соответственно с первой и второй выходными шинами, первые и вторые входы первого и второго выпрямителей соединены с вторичными обмотками соответственно первого и второго импульсных трансформаторов, первый и второй выводы первичной обмотки первого и второго импульсных трансформаторов соединены соответственно с коллекторами первого и второго входных транзисторных ключей, третьего и четвертого входных транзисторных ключей, средние выводы первичных обмо16 о

17

тгииииц1Л п гиигг

лплпл

пп г

U U и U

ППППП ПП

mw

пппппп ппг

фае, 2

ток первого и второго импульсных трансформаторов соединены с первой, а эмиттеры входных транзисторных ключей - с второй шинами источника питания, базы первого, второго, третьего и четвертого входных транзисторных ключей соединены соответственно, с выходами первой, третьей, второй и четвертой фаз упомянутого генератора через элементы И, вторые входы которых соединены с шиной входного сигнала, причем первые входы питания четырехфазного генератора импульсов и элементов И соединены с первой шиной источника питания, а их вторые входы питания - с второй шиной источника питания.

пп г

g

/7

19

О

U6i

U22 О

иВг

%л

U л Л

Редактор А.Лежнина

Составитель Е.Суров Техред М.Ходанич

Заказ 7725/57 Тираж 899Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

9иг.З

Корректор Т.Колб

Изобретение относится к области автоматики и импульсной техники. Целью изобретения является повышение быстродействия путем уменьшения времени задержки выходного сигнала , по отношению к входному. Дпя достижения цели в устройство введены входные транзисторные ключи 6, 7, четы- рехфазный генератор цмпульсов 1, четыре элемента И 2, вьшрямителн 11, 12, образованы новые функциональные связи. Кроме того, устройство содержит входные транзисторные ключи 4, 5, импульсные трансформаторы 9, 10, шину 3 входного сигнала, выходные . шины 13, 14. Устройство позволяет передавать сигналы практически произвольной длительности с минимальной задержкой и минимальными искажениями фронтов и вершин с эффективной гальванической развязкой между входом и выходом. 3 ил. (Л фие. 1 ts